1.7压敏电阻
压敏电阻-电压依赖型电阻
压敏电阻是“可变电阻”的合成词。它是一种被动的、非线性的、双端的固态半导体器件。
压敏电阻，或称电压依赖型电阻（VDR），是一种电阻值会随着施加在其两端的电压变化而改变的电阻器。它被用于保护电路免受高电压尖峰的影响。当电压较低时，压敏电阻具有高电阻，这意味着它对电路的影响很小。但如果发生高电压尖峰，压敏电阻的电阻会急剧下降，使其能够吸收多余的能量，保护电路中的元件。这使得压敏电阻成为浪涌保护装置中的关键部件，有助于保护电子设备免受由雷击、停电或其他电气干扰引起的电压浪涌。
压敏电阻电压依赖型电阻
压敏电阻为电气和电子电路提供过电压保护，与提供过电流保护的断路器或保险丝不同。压敏电阻通过电压钳制方法提供保护，这与齐纳二极管中的方法类似。
尽管压敏电阻的名字来源于“可变电阻”一词，但 与电位器或变阻器不同，压敏电阻的电阻值不能手动调节。在电位器或变阻器中，电阻值可以在其最大值和最小值之间手动调节。
压敏电阻的电阻值会根据施加在其上的电压而变化。施加在压敏电阻上的电压变化会导致其电阻的变化，使其成为一种电压依赖型设备。因此，压敏电阻也被称为电压依赖型电阻（VDR）。
压敏电阻的两个标准符号如下所示。
一般来说，压敏电阻是由半导体材料制成的。压敏电阻的电压和电流特性是非线性的。此外，压敏电阻的电压和电流特性适用于直流和交流电源。
从外观上看，压敏电阻在许多方面类似于电容器。由于这种相似性，压敏电阻常常被误认为是电容器。然而，在应用方面，电容器无法像压敏电阻那样防止电压浪涌。
任何电路意外遭受高电压浪涌的结果可能是灾难性的。因此，使用压敏电阻保护敏感和精细的电气或电子电路免受高电压浪涌和开关尖峰的影响是非常重要的。
压敏电阻的电阻
尽管压敏电阻的目的是提供电阻，但其工作方式与电位器或变阻器不同。在正常工作条件下，压敏电阻的电阻非常高。
压敏电阻的功能类似于齐纳二极管，它允许低于阈值的电压不受影响地通过。
在高工作电压下，压敏电阻的功能会发生变化。当施加在压敏电阻上的电压大于其额定值时，压敏电阻的有效电阻会急剧下降，并且随着施加在其上的电压增加而继续下降。
压敏电阻的静态电阻与其施加电压的关系曲线如下所示。
V-I特性
根据欧姆定律，电阻的电流-电压特性曲线是一条直线，假设电阻的值保持不变。在这种情况下，流过电阻的电流与施加在电阻两端的电压成正比。
在压敏电阻的情况下，电流-电压特性曲线不是一条直线。这是由于压敏电阻的不寻常的电阻行为。在压敏电阻的情况下，对其施加的小幅电压变化会导致流过它的电流发生显著变化。
压敏电阻的电流-电压特性曲线如下所示。
从上述所示的电流-电压特性曲线可以看出，压敏电阻具有双向对称特性。这意味着压敏电阻可以在正弦波的任一方向或极性下工作或运行。压敏电阻的这种功能类似于背靠背连接的齐纳二极管。
当压敏电阻不导电时，其电流-电压特性曲线显示出电流与电压之间的线性关系。这是因为流过压敏电阻的电流将保持恒定，且数值非常低。
这是压敏电阻中的漏电流，该电流的数值仅为几毫安。原因是压敏电阻的高电阻。这个小电流将保持恒定，直到施加在压敏电阻两端的电压达到压敏电阻的额定电压。
压敏电阻的额定电压也被称为钳制电压。压敏电阻的额定电压是施加在其两端的电压，该电压是在规定直流电流为1毫安的情况下测量的。这可以进一步解释为施加在压敏电阻端子之间的直流电压，该电压允许1毫安的电流流过。
流过压敏电阻体的电流取决于用于制造压敏电阻的材料。在这个额定电压水平下，压敏电阻的功能开始发生变化。
在额定电压以下，压敏电阻充当绝缘体。如果施加在压敏电阻上的电压达到其额 定电压，压敏电阻的行为将从绝缘状态变为导电状态。
当施加在压敏电阻上的瞬态电压大于或等于压敏电阻的额定电压时，压敏电阻的电阻变得非常小。这是由于半导体材料中的一种称为雪崩击穿的现象。
雪崩击穿是一种电流倍增形式，它允许在以前作为绝缘体的材料中产生大电流。由于这种情况，流过压敏电阻的小电流，即漏电流，将迅速上升。
尽管流过压敏电阻的电流增加，但其两端的电压被限制在接近压敏电阻额定电压的值。这意味着压敏电阻作为自调节器，通过允许更多电流流过压敏电阻来调节施加在其上的瞬态电压。
因此，在超过压敏电阻的额定电压后，电流-电压曲线变为陡峭的非线性曲线。由于这一特性，压敏电阻可以在非常狭窄的电压范围内通过大量变化的电流，通过剪切掉任何电压尖峰来实现。
压敏电阻中的电容
当施加在压敏电阻上的电压低于额定或钳制电压时，压敏电阻表现为电容器而非电阻器。得出这一结论的原因是压敏电阻的主要导电区域作为压敏电阻两个端子之间的电介质的行为。
两个端子和电介质形成了一个电容器。这种说法在电压达到钳制电压之前是有效的。每个由半导体材料制成的压敏电阻都有一个电容值。这个值取决于压敏电阻的面积，并且与其厚度成反比。
压敏电阻的电容行为在直流和交流电路中有所不同。在直流电路中，当施加的电压低于压敏电阻的额定电压时，压敏电阻存在电容，并且当施加的电压接近额定电压时，电容会突然下降。
当压敏电阻用于 交流电路时，频率起着重要作用。在交流电路中，当压敏电阻在其非导电漏电区域工作时，压敏电阻的电容将影响其体电阻。
通常，压敏电阻并联连接到电气或电子设备上，以保护它们免受过电压的影响。
因此，随着频率的增加，压敏电阻的漏电电阻会降低。频率与由此产生的并联电阻之间的关系大致呈线性。交流阻抗XC可以使用以下公式计算
这里C是电容，f是频率。
因此，随着频率的增加，漏电流也会增加。
金属氧化物压敏电阻（MOV）
为了克服基于半导体的压敏电阻（如碳化硅压敏电阻）的限制，开发了金属氧化物压敏电阻（MOV）。金属氧化物压敏电阻是一种电压依赖型电阻。它也是一种非线性器件，提供非常好的瞬态电压浪涌保护。
金属氧化物压敏电阻的电阻材料主要由作为陶瓷质量压缩的氧化锌颗粒组成。混合物包含90%的氧化锌颗粒，其余10%由其他金属氧化物（如钴、铋和锰）组成。
这种混合物被夹在两个电极（金属板）之间。填充材料作为粘合剂，将氧化锌颗粒粘合在一起，使元件在两个金属板之间保持完整。金属氧化物压敏电阻的连接引脚是径向引脚。
金属氧化物压敏电阻是作为电压钳制器件最常用的元件，用于保护小型或大型设备免受瞬态电压浪涌的影响。由于在其结构中使用了金属氧化物，吸收短电压瞬态和能量处理能力极高。
金属氧化物压敏电阻和碳化硅压敏电阻的操作非常相似。金属氧化物压敏电阻 在额定电压下开始导电，如果施加的电压低于阈值，则停止导电。
碳化硅压敏电阻和金属氧化物压敏电阻之间的主要区别是漏电流的大小。在正常工作条件下，MOV的漏电流非常小。
漏电流较小的原因可以解释如下。在金属氧化物压敏电阻中，两个相邻的氧化锌颗粒将在它们的边界之间形成一个二极管结。
因此，金属氧化物压敏电阻可以被视为大量并联连接的二极管的集合。正因为如此，当在电极之间施加微小电压时，出现在二极管结上的反向漏电流非常小。
当施加的电压增加并达到钳制电压时，由于雪崩击穿和电子隧穿，二极管结破裂，并允许大量电流通过。金属氧化物压敏电阻具有高度非线性的电流-电压特性。
压敏电阻能够承受的最大浪涌电流将取决于瞬态脉冲的宽度和脉冲重复次数。瞬态脉冲的典型宽度范围为20微秒到50微秒。
如果额定峰值脉冲电流不足，可能会导致过热。因此，为了避免电路过热，重要的是要快速耗散从瞬态脉冲中吸收的能量。
高压浪涌保护
无论是交流电还是直流电，瞬态电压浪涌都可能来自许多电气源和电路，与电源无关。这是因为瞬态是在电路中产生的，或者是从外部源传输到电路中的。
在电路内产生的瞬态可能会迅速增加，并可能使电压增加到数千伏的值。这些电压尖峰可能会对敏感的电气或电子设备造成严重问题，因此必须防止它们出现在这些设备上。
一些常见的电压瞬态来源如下：
- 电感电路中产生的L di/dt（Ldi/dt）电压效应。这种效应是由于电感线圈的切换和变 压器中的磁化电流引起的。
- 电源浪涌。
- 直流电机切换。
为了防止电压瞬态，压敏电阻连接在主电源上。这种连接可以是交流电源中的相线与零线之间，也可以是相线与相线之间。
在直流电源的情况下，压敏电阻连接在电源的正负极之间。在直流电子电路中，压敏电阻可用于电压稳定，以防止过电压脉冲。
压敏电阻规格
以下是典型压敏电阻的规格。
最大工作电压：这是在特定温度下可以连续施加的峰值稳态直流电压或正弦波均方根电压。
压敏电阻电压：这是在施加特定直流测量电流时压敏电阻两端的电压。
钳制电压：这是在施加特定脉冲电流以获得峰值电压时压敏电阻两端的电压。
浪涌电流：通过压敏电阻的最大电流。
最大能量：在施加瞬态脉冲时耗散的最大能量。
浪涌偏移：施加浪涌电流后的电压变化。
电容：在电压低于压敏电阻电压时测量。
漏电流：压敏电阻处于非导通状态时流经压敏电阻的电流。
响应时间：施加额定电压与从非导通状态转变为导通状态之间的时间。
压敏电阻应用
压敏电阻几乎用于所有重型电气电路到小型电子设计。压敏电阻为交流和直流电路提供高电压浪涌保护 。
一些应用如下：
1.保护电气电路免受过电压影响。以下电路显示了金属氧化物压敏电阻的连接，以提供单相线路之间的保护。
以下电路类似，只是它还提供了线路到地的保护。
2.在电子电路中，设备对电压变化非常敏感。因此使用了压敏电阻。以下电路展示了典型的压敏电阻保护晶体管。
3.为交流或直流电机提供浪涌保护。
压敏电阻局限性
当压敏电阻用于瞬态电压浪涌抑制器时，它可能无法为设备提供电源保护。这是因为在这种情况下压敏电阻的存在会给设备和自身带来问题。
压敏电阻无法提供以下保护：
1.设备启动时的电流浪涌。
2.短路电流。
3.防止电压骤降或低电压。